工程師設(shè)計并成功測試了一種更高效的風(fēng)傳感器，可用于無人機、氣球和其他自主飛機。這些風(fēng)傳感器——稱為風(fēng)速計——用于監(jiān)測風(fēng)速和風(fēng)向。研究人員表示，隨著對自動駕駛飛機的需求增加，需要更好的風(fēng)傳感器，以使這些車輛更容易感知天氣變化并執(zhí)行更安全的起飛和著陸。

該研究的合著者、俄亥俄州立大學(xué)機械與航空航天工程教授馬塞洛·達皮諾說，這些改進可以改善人們使用當(dāng)?shù)乜沼虻姆绞?，無論是通過無人機運送包裹還是通過無人駕駛飛機飛行的乘客。.

“我們利用空域移動或有效運輸物品的能力具有巨大的社會影響，”達皮諾說。“但要操作這些飛行物體，無論車輛是有人駕駛還是無人駕駛，都必須實時獲得精確的風(fēng)測量。”除了幫助空中物體穿越長距離外，準(zhǔn)確的風(fēng)力測量對于能源預(yù)測和優(yōu)化風(fēng)力渦輪機的性能也很重要。

Dapino說，傳統(tǒng)的風(fēng)速計收集數(shù)據(jù)的方式各不相同，但它們都有局限性。由于風(fēng)速計制造成本高、耗能大、空氣動力阻力大——這意味著儀器會阻止飛機在空中的運動——許多類型的風(fēng)速計不適合小型飛機。但俄亥俄州立大學(xué)團隊的風(fēng)速計重量輕、能量低、阻力小，并且比傳統(tǒng)類型的風(fēng)速計對壓力變化更敏感。

該研究的合著者、俄亥俄州立大學(xué)機械和航空航天工程高級研究員LeonHeadings表示，該儀器是由智能材料制成的——具有可控制特性的物質(zhì)，使它們能夠感知環(huán)境并對其做出反應(yīng)。該團隊使用了一種稱為聚偏二氟乙烯(PVDF)的電聚合物。PVDF廣泛用于建筑涂料和鋰離子電池，它可以是壓電的，當(dāng)施加壓力時會產(chǎn)生電能。該能量可用于為設(shè)備供電。一塊柔性PVDF薄膜的測量電壓或電容變化可以與風(fēng)速相關(guān)聯(lián)。

PVDF傳感器集成在機翼中，類似于飛機機翼，可減少空氣動力阻力。因為翼型像風(fēng)向標(biāo)一樣可以自由旋轉(zhuǎn)，所以可以用來測量風(fēng)向。

但是為了測試他們的設(shè)備一旦受到地球大氣層的影響，研究人員設(shè)計了一個雙管齊下的實驗。首先，壓力傳感器在密封室中進行測試以確定其靈敏度。然后，將傳感器整合到機翼中并在風(fēng)洞中進行測試。結(jié)果表明，該傳感器可以很好地測量壓力和風(fēng)速。集成在機翼中的小型數(shù)字磁力計羅盤通過測量機翼相對于地球磁場的絕對方向來提供精確的風(fēng)向數(shù)據(jù)。

但需要做更多的研究才能將風(fēng)傳感器概念從受控研究環(huán)境轉(zhuǎn)移到商業(yè)應(yīng)用。隨著他的團隊繼續(xù)與PVDF和其他先進材料合作以改進傳感器技術(shù)，Dapino希望他們的工作最終將導(dǎo)致可以在飛機之外使用的技術(shù)，例如用于風(fēng)力渦輪機的清潔、高效和隨時可用的能源。上市。

“這些是非常先進的材料，可用于許多應(yīng)用，”達皮諾說。“我們希望在這些應(yīng)用的基礎(chǔ)上為家庭帶來緊湊型風(fēng)能發(fā)電。”

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